Оценка информативности интеллектуальных систем определения состояния защищаемого объекта Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

V.A. Selishchev, S.Y. Borzenkova

The basic features of modern processors image processing applied in the surveillance camera in the protected object.

Key words: camera, signal processor, backlight, image processing, dynamic range.

Selishchev Valery Anatolyevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Borzenkova Svetlana Yurievna, candidate of technical sciences, docent,

[email protected], Russia, Tula, Tula State University

УДК 004.75

ОЦЕНКА ИНФОРМАТИВНОСТИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИЩАЕМОГО

ОБЪЕКТА

Д.О. Руднев, А.А Сычугов

Рассматривается способ оценки информативности интеллектуальных систем определения состояния защищаемого объекта. Для этого вводятся математические модели интеллектуальных систем определения состояния объекта и математическая модель защищаемого объекта. Предложен способ выбора рациональной системы на основе критерия максимальной информативности.

Ключевые слова: интеллектуальная система определения состояния, защита, информативность, оценка, оптимальность.

Интеллектуальная система определения состояния защищаемого объекта (ИСОС) [1] предназначена для сбора данных об объекте, накопления статистической информации, оценки состояния с целью отслеживания и эффективного реагирования на события, происходящие на объекте. Отличительной особенностью ИСОС является возможность самовосстановления отдельных узлов системы [2] и перераспределения потоков информации внутри системы в случае отказа отдельных узлов.

Основными компонентами ИСОС являются: точки сбора информации (ТСИ), промежуточные узлы, центр принятий решений (ЦПР). Задачи точек сбора информации - получение численной оценки характеристики защищаемого объекта. Промежуточные узлы проводят первичную обработку информации и передают ее от точек сбора информации к центру принятия решений. К задачам центра принятия решений можно отнести:

обработку данных, накопление статистический информации, помощь в принятии решения на основе статистических данных, графический вывод для удобного восприятия человеком, а также выполнение команд реагирования.

Для эффективного реагирования на изменение состояния защищаемого объекта необходимо, чтобы ИСОС была максимально информативной, то есть адекватно, полно и своевременно отображала реальное состояние объекта. Структурно-логическая организация ИСОС с дальнейшей физической реализацией могут быть различными. Выбор варианта реализации можно осуществить по различным критериям (временном, финансовом и т.д.), одним из которых является информативность. Таким образом, возникает задача количественной оценки информативности ИСОС.

Для оценки информативности ИСОС предлагаются математические модели защищаемого объекта и системы оценки состояния объекта.

Математическую модель защищаемого объекта (7) можно представить в виде следующего картежа:

7 = {5,Р,А, А1>,

где S - множество состояний, с помощью которых можно описать поведение объекта, Р - множество вероятностей перехода объекта в каждое состояние, А - множество физических параметров защищаемого объекта, А1 - критически значимый для объекта промежуток времени,

5 = {^2 ,...,8Ы Ь

где N - количество состояний объекта. Каждое состояние характеризуется набором физических параметров А:

А = {аьа 2 ,...,ак },

где к - количество физических параметров объекта; а - физический параметр, характеризующий объект (может быть конечным числом, логической функцией, диапазоном чисел).

Вероятности перехода объекта в каждое состояние si ^ S можно записать в виде множества

Р = { Р1 Р 2 ,...,РЫ }.

Критически значимый промежуток времени А1 выбирается таким образом, что бы для каждого si ^ S вероятность дважды перейти в данное состояние была пренебрежимо мала, то есть

"Р1 е Р:Р2 = О .

Для каждого состояния si можно определить величину 1;норм:

е 5 ^норм (),

где *норм( ) - нормативное время реагирования на событие, то есть время,

которое должно пройти от момента перехода объекта в состояние si до момента отображения информации в ЦПР. Данный параметр задаётся нормативными документами.

Математическую модель ИСОС можно представить в виде трехдольного графа ^):

О = {и, V},

где и - множество вершин графа, тождественных элементам ИСОС, V -множество связей графа, тождественных каналам передачи информации между элементами ИСОС.

Множество вершин графа можно разделить на три внутренне несвязных множества:

и ={и ТСИ,и УЗЛ,и ЦПР Ь

где Ц/тси - множество вершин графа, характеризующее точки сбора информации; иузд - множество вершин графа, характеризующее промежуточные узлы; ицпр - множество вершин графа, характеризующее центр

приятия решений. Для этих множеств справедливы следующие утверждения:

количество точек сбора информации больше или равно количеству физических параметров, определяющих состояние объекта:

\итси1 ^ 1А1;

каждая ТСИ связана только с одним узлом ИСОС:

"и. е иТСИ: ^ иг = 1;

"и. Е иТСИ:$(и1,и$ ),и$ Е иУЗЛ ; каждый узел системы связан с одним ЦПР:

"и. Е иузд:$(и1,и$ ),и$ Е иЦПР .

Каждый элемент ИСОС может находиться в следующих состояниях: состояние нормальной работы, состояние отказа, состояние взлома. Под отказом понимается такое состояние элемента, при котором он не может передавать данные. Под взломом элемента ИСОС понимается действие злоумышленника, повлекшее за собой несанкционированные изменения в ИСОС, обнаружить которые в данном промежутке времени невозможно. В случае, если ИСОС был идентифицирован факт несанкционированных изменений в узле, узел считается вышедшим из строя, то есть находящемся в состоянии отказа. Под состоянием нормальной работы понимается такое состояние, при котором элемент своевременно и корректно передает данные.

Любой элемент из множества и можно охарактеризовать следующим множеством:

"и Е/.и = {^з^отк^защ^ вход(^ Х^выход^)},

где tз - время задержки элемента ИСОС, равное разнице между моментом поступления данных на узел и передачей данных на вышестоящие узлы; Ротк - вероятность того, что элемент ИСОС в промежутке времени [1,1+А1]

не будет находиться в состоянии отказа; Рзащ - вероятность того, что

элемент ИСОС в промежутке времени [1,1+А1] не будет находиться в состоянии взлома; р вход^) - функция входа, то есть функция распределения времени между получением входных данных; рвыход ^) - функция

выхода, то есть распределения времени между выходными данными.

Любую связь из множества V графа G можно охарактеризовать следующим образом:

"у Е и.у = {3,Ротк,Рзащ}, где tз - время задержки элемента ИСОС, равное разнице между моментом поступления данных на узел и выходом данных; Ротк - вероятность того, что элемент ИСОС в промежутке времени [1,1+А1] не будет находиться в состоянии отказа; Рзащ - вероятность того, что элемент ИСОС в промежутке времени [1,1+А1] не будет находиться в состоянии взлома.

Для и. е итси функция рвход ( )^) определяется как функция

(и/ )

распределения времени между получениями данных об объекте. Функция выхода для ТСИ определяется как

^вьгеод(и.) () = Рвход(и.) ( + tз(и/)) .

Для и/ е иузл входная функция

\Щ

рвход (и. )(t) = П ^выход(и/ )(/+^з(у')),

° $=0

и$Е Ж(и/),и$ Е иТСИ,у = (и/,и$), где W - множество вершин графа О связанных с ш.

Для и/ е и узл выходная функция определяется следующим образом:

Рвых°д(и.)</) = ^ход(и.)(t + 1 з(и/)) .

Для и/ е ицпр входная функция

\ж\

рвход(и )(t) = П рвыход(М; )(t + tз(у’)),

° $=0

и$ Е Ж(и/) ,и$ Е и узл У = (и/,и$), где W - множество вершин графа О связанных с щ.

Для и/ е и цпр выходная функция

Рвыход (и.)(t) = ^вх°д (и. ) (t + tз(и/ ) ) ,

*

Функция выхода для и цпр - это функция выхода ИСОС F (1) она

показывает распределение времени между поступлениями полных данных

об объекте, то есть поступление информации обо всех параметрах а ^ А.

292

Для оценки информативности данных, получаемых в ЦПР с ИСОС, можно воспользоваться известной оценкой количества информации по Шеннону [3]:

1 = Ннач — Нкон , С1)

где Ннач - энтропия ЦПР до получения новых данных в случайный момент времени ^ Нкон - энтропия ЦПР после получения новых данных в момент времени t+Лt

п

Н нач =- £ Р. • ^2 Р. ,

.=0

где pi - вероятность перехода в состояние si за промежуток времени [У+Л1];

Нкон = (1 -Р')1о§2(1 -Р,)-Р'1о§2 Р'.

где р’ - вероятность того, что данные о состоянии системы будут корректно, то есть адекватно, полно и своевременно отображены ЦПР. р’ можно определить следующим образом:

Р =Рактуальности ' Рдоступности ' Рдостоверности ,

где Рактуальносги - вероятность того, что ЦПР получит информацию о переходе объекта в состояние si меньшее чем /норм( ^) при нормальной работе всех элементов системы; Рдоступности - вероятность того, что на промежутке времени t+Лt все ТСИ доступны, Рдостовернсети - вероятность того, что на промежутке времени t+Лt информация, передаваемая в ЦПР, соответствует реальному состоянию объекта. Рактуальносги определяется

следующей формулой:

*

Рактуальности 1 - £ (Р8. • (1 - Р (^норм ))).

I=0 '

Р можно рассчитать как вероятность того, что ЦПР может

дсступнссги 1 1

получить информацию от ТСИ за время [^ t+Лt]. Для дальнейших расчетов введем множество

Р доступности = П (Р отк („. ) • Р отк (V.) Е Мк’"тк Е М ,

где М - множество путей от ТЗИ до ЦПР.

При расчете Рдостоверности принимается во внимание то, что взлом

может произойти со случайным узлом и взлом одного узла делает недостоверной всю ИСОС. Рдостоверн(сти можно рассчитать как вероятность того,

что ЦПР получит корректную информацию от всех ТСИ:

п

С \

Р достоверно сти = П СРзащ (и.) • Рзащ (у.) Е Ик’"тк е М ,

где М - множество путей от ТЗИ до ЦПР.

Предлагаемая методика может использоваться для выбора оптимальной реализации ИСОС. Для этого строится модель защищаемого объекта О и модели ИСОС (01г02 ... Dj). Подставляя параметры О и Di в формулу (1), можно получить информативность ИСОС для данного объекта. Система с максимальной информативностью

тах 1 (0, В.),

.=о, ]

считается оптимальной для данного объекта.

Список литературы

1. Назаров А.В., Козырев Г.И. Современная телеметрия в теории и на практике: учебный курс. СПб.: Наука и техника, 2007. 627с.

2. Руднев Д.О., Сычугов А. А. Алгоритм инициализации терминальных устройств в системах мониторинга инфраструктурных объектов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. 152 с.

3. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 830 с.

Руднев Дмитрий Олегович, студен, dima [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сычугов Алексей Алексеевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

EVAL UA TION OF THE INFORMA TION INTELLIGENT SYSTEMS ASSESSMENT OF THE STATE PROTECTED OBJECT

D.O. RudnevА.А. Sychugov

The way to assess the informativeness of intelligent systems assessment of the protected object is considered. For this, a mathematical model of intelligent systems assessment of the facility and the mathematical model of the protected object. The article the method of selecting a rational system based on the criterion of maximum information content is prope-sed.

Key words: Intelligent assessment, protection, informative, evaluation, optimal.

Rudnev Dmitry Olegovich, students the Faculty of Cybernetics, department IBVS, dima [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Sychugov Alexey Alexeevich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University